【文章內(nèi)容簡介】 熔深，降低母材對合金的沖淡率，沖淡率一般是可以控制在 5%～ 15%以內(nèi)。因為等離子弧是壓縮電弧，具有很好的穩(wěn)定性，故外界因素的干擾(如周圍氣流流動、噴距高低、噴焊位置不同等)對電弧穩(wěn)定性影響比較小，使工藝易于穩(wěn)定。合金粉末熔化地充分，故飛濺少，熔池中的熔渣和氣體也易于排除，容易消除焊層內(nèi)的夾渣、氣孔等缺陷。等離子弧的溫度高，熱量相對集中，噴焊速度較快，一次熔成，工件的熱影響區(qū)小，可以控制熱輸入量，調(diào)整熱影響區(qū)的尺寸和硬度，降低裂紋敏感性，避免由晶粒粗化、馬氏體轉(zhuǎn)變或應變時效等原因產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷。，使用材料范圍廣噴焊用的合金粉末是熔煉后直接霧化成球狀粉末，方便制備，不像絲極材料那樣，受鑄造、軋制、拔絲等加工工藝限制?？砂此枧浞?，熔煉不同成分的合金粉末，獲得各種性能的合金噴焊層。等離子噴焊熱量集中，噴焊的速度接近生產(chǎn)率高的埋弧自動焊。噴焊過程可以自動進行，易于實現(xiàn)機械化和自動化操作。 等離子弧焊的工藝參數(shù)1．焊接電流根據(jù)板厚或熔透要求來選定焊接電流。如果焊接電流過小，則難于形成小孔效應：當焊接電流增大，等離子弧穿透能力也會增大，但電流過大則會因小孔直徑過大而造成熔池金屬墜落，難以形成合格的焊縫，甚至會引起雙弧，即損傷噴嘴又破壞焊接過程的穩(wěn)定性。故此，為了獲得穩(wěn)定的小孔焊接過程，在噴嘴結(jié)構(gòu)確定后，焊接電流只能在某一個與離子氣的流量有關(guān)的合適的范圍內(nèi)選擇。 2．焊接速度焊接速度是根據(jù)等離子氣流量及焊接電流來選擇的 [4]。其他條件一定時，焊接速度增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑隨之減小，直至消失，失去小孔效應。因此，焊接速度、離子氣流量及焊接電流等工藝參數(shù)應相互匹配。 3．噴嘴離工件的距離 如果距離過小，易造成噴嘴被飛濺物堵塞，破壞噴嘴正常工作；噴嘴離工件的距離過大，熔透能力降低。噴嘴離工件的距離一般取 3～8mm。噴嘴距離變化對焊接質(zhì)量的影響沒有鎢極氬弧焊敏感。4．等離于氣及流量 等離子氣及保護氣體一般是根據(jù)被焊金屬及電流大小來選擇的。大電流等離子弧焊接時，為了保證電弧的穩(wěn)定性，等離子氣及保護氣體通常采取相同的氣體。小電流等離子弧焊接通常采用電離電壓較低的純氬氣作等離子氣，可保證電弧引燃容易。 離子氣流量由等離子流力和熔透能力決定。等離子氣的流量越大，則熔透能力越大。但等離子氣流量過大，就會使小孔直徑過大，不能保證焊縫成形。因而，應根據(jù)等離子氣的種類、噴嘴直徑、焊接電流及焊接速度選擇離子氣流量。利用熔入法焊接時，為了減小等離子流力，應適當降低等離子氣流量。 5．引弧及收弧 厚板利用穿孔法焊接，引弧及熄弧處容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。直縫可采用引弧板和熄弧板解決，在引弧板上形成小孔，然后過渡到工件上，最后將小孔在熄弧板上閉合。不便加引弧板和收弧板的大厚度的環(huán)縫，應采取焊接電流和離子氣遞增的辦法在工件上起弧，完成引弧建立小孔后，利用電流和離子氣流量衰減法來收弧閉合小孔。板厚小于 3mm 時，可直接在工件上引弧和收弧。 6．接頭形式和裝配要求 工件厚度小于 ，采用微束等離子弧焊，接頭形式有端面接頭、對接、卷邊對接、卷邊角接。工件厚度大于 時，I 形坡口，用穿孔法單面焊雙面成形一次焊透。工件厚度較大時，則根據(jù)厚度不同，可開 V 形、U 形或雙 V 形、雙 U 形坡口。 等離子噴焊合金粉末及應用使用合適的合金粉末，調(diào)整噴焊的工藝參數(shù)，就能用于多種構(gòu)件的噴焊修復及表面處理 [20,22]。 鐵基合金材料鐵基合金粉末以鐵為基體，含有鉻、硼、硅元素，形成 FeCrBSi 系自熔性合金。目前應用廣泛，為了提高合金的抗蝕性、耐磨性或使晶粒細化等性能還可以加入適量的 Co、Ni、Mo 、 Cu、Mn 、V 等其它元素。鐵基合金一般含鉻量較高，具有一定的耐腐蝕和抗氧化性。主要分為耐金屬間磨損和耐低應力磨粒磨損。幾種常用鐵基粉末型號是WF31WF3IWF33WF34WF37WF37WF374 等．這些粉末被廣泛用于通用閥門的閥板、閥座密封面噴焊以及耙路機的耙齒、犁鏵或刮板的頂部、鏟齒、刀片、各種破碎機錘頭和挖土機齒噴焊。石油鉆桿接頭的噴焊等。其使用壽命可比原來高 1～5 倍以上．近幾年研制的 WF342 可在鑄鐵基體上進行噴焊，如蝶闊密封面上噴焊 WF342，可以達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。 鎳基合金粉末鎳基合金粉末以鎳為基體，含有鉛和硼硅元素的 NiCrBSi 系自熔性合金，是最早的噴焊材料。常用的幾種型號有 WF2IWF216 等。鎳基臺金綜合性能較好，一般都具有良好的耐腐蝕、耐磨損、抗氧化和較好的紅硬性等，可作為閥門密封面噴焊材料。在濃鹽酸中工作的高壓泵柱塞密封面噴焊該材料，較 35CrMo 滲碳，提高壽命 5 倍以上。也可用于化工和石油閥門，擠壓機螺桿及簡體、螺旋推進器、鏈輪齒和振動器桿件等修復。對于高溫、高沖擊條件下要求耐金屬間磨損的場合如：熱沖模、熱擠壓機模子、量尺寸的塞模、熱前葉片、軋機導向向輥夾，高爐料鐘密封面等修復和堆焊。 鈷基合金粉末鈷基合金粉末基體是鈷和鉻的合金固熔體，均勻分布著 W、V、Mo 等碳化物，CoCrWBSi 自熔性合金粉末和 CoCrWC/MoNiFe 系列鉆基粉末具有較高的強度和良好的抗氧化和耐腐蝕性能，其強度和硬度可保持在 600～800℃以上，具有良好的耐高溫、耐腐蝕和耐氣蝕性能。由于基體上分布著相當數(shù)量的富鉻 M7C1 型碳化物，故也具有較高的耐磨料磨損性能。宜用于要求高溫、耐磨并兼有耐蝕(或耐氣蝕)的工況條件。鈷基粉末常用型號有 WF1II,WFI 4I, WFI51，在相當寬的溫度范圍內(nèi)，具有優(yōu)良的耐多種機械和化學因素復合作用的性能。 合金具有極好的自嚙合抗粘著磨損性能。這些粉末廣泛地用作各種高中壓閥門，電站蒸汽閥門等密封面噴焊，和各種內(nèi)燃機進排氣閥門的密封面和頂端噴焊。此外，該合金也常用在各種要求高溫硬度或耐氣蝕、磨損場合如艦艇用大型軸承的內(nèi)外環(huán)、大型水輪機轉(zhuǎn)子葉片、透平機葉片、榨油機推進器等的噴焊。粉末中提高鎢的含量可廣泛地用于各種刀具，特別是氈層、塑料、紙張和化學工業(yè)上各種刀刃的堆焊，堆焊的刀刃允許用比工具鋼更高的速度進行切削，壽命可提高 2～4 倍，還適宜用于各種熱模具的堆焊(堆焊層碳化物是M23C1 類型，韌性較好 )，因堆焊層還具有耐粘著磨損和耐氣蝕磨損性能，也常用作各種液閥、閥座堆焊。 銅基合金粉末銅基合金粉末是目前等離子噴焊用的新一類合金粉末。主要有低磷錫青銅和錫青銅，粉末型號為 WF41WF412，該種類粉末應用于低壓閥門(鑄鐵基體）密封面的等離子噴焊，特別是大口徑低壓閥，DN300 以的閥門密封面上噴焊銅基臺金粉末。其技術(shù)效益和經(jīng)濟效益十分顯著，也可用于復合材料、軸瓦 配油盤以及需要鑲銅合金的工件。 金屬陶瓷及其復合合金粉末合金具有高的紅硬性、高溫強度、能耐高應力金屬間磨損，如開縫銅管噴焊該合金粉末可提高壽命 5 倍以上，還可應用于冶金機械如導位板，熱沖模等多種工件。金屬陶瓷及其復合合金材料亦可用于常溫、高應力磨粒磨損、高應力、沖擊載荷工況，如冷沖模、切邊模、拉伸模、礦石破碎機等工件，亦提高壽命 5 倍以上。 非自熔性合金材料為提高材料的可焊性，即避免噴焊時開裂現(xiàn)象，提高焊層的疲勞強度，這些材料可制成非自熔性的合金材料，如馬氏體臺金鋼，奧氏體高錳鋼和馬氏體不銹鋼系列合金粉末，這些材料能承受較大沖擊和中等程度的金屬磨損。常用于齒輪、礦山車輪及軸、鏈輪、導輪、起重機軸、吊車、翻斗機的軸、挖淘的輥和拖拽輪等零件修復。合金可滿足要求耐冷、熱疲勞、耐磨損和承受高的載荷的熱加工工作條件，主要應用于熱軋工作輥、鋼軋錕、支撐輥、夾送輥、連鑄機輥及導衛(wèi)輥、校直輥的噴焊。合金可滿足嚴重沖擊和中等輕微磨料磨損場合，焊層具有高韌性并可能被加工硬化、廣泛應用于破碎機輥、挖土機零件、破碎機的錘或飄頓等零件的修復。 等離子噴焊優(yōu)點及常見問題 優(yōu)點由于等離子電弧具有較高的能量密度，溫度及剛直性（能量密度可達10000～100000w/cm 2，弧柱中心溫度可達 18000～24000K 以上，焰流速度可達300m/s 以上） ，因此與一般電弧焊相比，等離子電弧具有下列優(yōu)點： （1） 能量密度大，電弧方向性強，融透能力強，在不開坡口，不加填充焊絲的情況下可一次焊透 8 至 10mm 厚的不銹鋼板，與鎢極氬弧焊相比，在相同的焊縫熔深情況下，等離子焊接速度要快得多。 （2）焊縫質(zhì)量對弧長的變化不敏感。這是由于等離子弧的形態(tài)接近圓柱形，發(fā)散角很?。s 5 度） ，且挺直性好，弧長變化對加熱斑點的面積影響很小，因此容易獲得均勻的焊縫形狀。若按鎢極氬弧焊的擴散角為 90 度，等離子焊擴散角為 5 度計算，電弧斷面變化 20%時,鎢極氬弧焊的焊炬高度只允許變化177。,而等離子焊則可變化177。, 這對保證焊縫成形和焊縫均勻性都十分有益。（3）鎢極縮在水冷銅噴嘴內(nèi)部，不可能與工件接觸，因此可有效避免焊縫金屬產(chǎn)生夾鎢現(xiàn)象。另外，電弧攪動性好，熔池溫度高，有利于熔池內(nèi)氣體的釋放。 （4） 等離子電弧由于壓縮效應及熱電離度較高，電流較小時仍很穩(wěn)定。配用新型的電子電源，焊接電流可以小到 ，這樣小的電流也能達到電弧穩(wěn)定燃燒，因此特別適合焊接微型緊密零件。（5）焊縫的深寬比大,熱影響區(qū)小,適合焊接某些可焊性差的材料和雙金屬等（6）可以產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應，通過小孔效應，正面施焊的時候可以獲得良好的單面焊雙面成型。（7）焊接成本低，與一般氬弧焊相比，可省電 1/3～1/2, 省氣 1/2～2/3，且在焊接厚度較小的情況下，無需填絲。 常見問題及解決1．焊層厚度不夠根據(jù)設計要求，該設備的焊層厚度應達到 4mm 以上，而實際所焊的焊層厚度不足 ，不能滿足產(chǎn)品，對焊層厚度的要求。為此，經(jīng)對該問題進行分析和排查，認為這可能是因供粉量不足造成的，因此加大供粉量進行試驗，但是仍無任何效果。通過對該設備供粉機構(gòu)(見圖 11)的控制原理的分析，找到問題的根源。首先將焊粉由注粉孔注入儲粉室中。工作時，進氣閥被打開，氣體經(jīng)分流器后分為兩路，一路加至儲粉室上端；另一路加至送粉調(diào)節(jié)圖 11器中。此時送粉電動機啟動，帶動送粉盤轉(zhuǎn)動，此時在氣體壓力和自重的作用下，儲粉室中的焊粉由儲粉室底部調(diào)節(jié)螺母上的小孔流人送粉室中的送粉盤上，送粉盤又將焊粉轉(zhuǎn)送到擋粉板處。在擋粉板的作用下，焊粉被送至送粉室底部的出粉孔處。出粉孔下端與送粉凋節(jié)器的進粉輸人口相連接。圖 12 所示為送粉調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖。送粉調(diào)節(jié)器有一個進粉輸人口和一個送粉氣輸人口。一個送粉氣輸出口。從圖 12可看出，由送粉輸人口流進送粉調(diào)節(jié)器的氣體，通過焊粉氣輸出口流出至焊槍。送粉氣在送粉調(diào)節(jié)器中流動時，將在其腹腔內(nèi)形成一受送粉氣流量控制的負壓。負壓隨送粉氣流量加大而增高。負壓對進入腹腔中的焊粉產(chǎn)生一定吸力，使焊粉隨同送粉氣一起輸至焊槍。負壓加大，吸力也增大，輸至焊槍的焊粉量增多。由此可見，受送粉氣流量控制供粉量大小。造成上述問題的主要原因是送粉氣流量過小。2．停焊時堵槍對整個噴焊過程觀察發(fā)現(xiàn)，噴焊時，焊粉在圖 11 所示出粉孔處堆積。這是因為停焊時，堆積的焊粉就會經(jīng)送粉調(diào)節(jié)器流入焊槍。這樣每次焊接結(jié)束后都需對焊槍進行清理。從圖 11 可以看出，儲粉室下端的調(diào)節(jié)螺母是可上、下調(diào)動的。調(diào)節(jié)螺母，就是調(diào)節(jié)螺母底部與送粉盤間距，從而控制流至送粉盤的焊粉量。當送至出粉孔處的焊粉量比噴焊過程中所消耗的焊粉量多時，多余的焊粉就會堆積在出粉孔處。停焊時，進氣閥關(guān)閉，氣源斷開，則堆積的焊粉就會流入焊槍堵槍。調(diào)節(jié)螺母至最佳位置，使送至出粉孔處的焊粉量與噴焊中所消耗的焊粉量基本相當，這樣就消除了焊粉堆積現(xiàn)象，解決了停焊時的堵槍問題。 等離子噴焊工業(yè)應用等離子噴焊工藝屬于表面強化技術(shù)領域 它是以等離子弧為熱源，以 一定成分的臺金粉末作為填充金屬的特種堆焊工藝。改善機械零件的表面性能．提高零件表面的耐磨、耐蝕性能，使用等離子噴焊具有重要的意義。多年來 這項工藝已經(jīng)在闊門、農(nóng)機、模具、礦山機械等部門得到了成功的應用，圖 12隨著工業(yè)發(fā)展對機械產(chǎn)品的壽命提出了更高的要求．對于機械零件表面性能的要求也越來越高。 本文研究的內(nèi)容及意義電站高溫安全閥工作溫度設在 400～600℃，同時要承受開啟和關(guān)閉時的磨損，目前廠家多采用手工電弧堆焊，然后采用復雜的制造工序來生產(chǎn)安全閥密封面，生產(chǎn)工序多，成本高并且受堆焊材料限制，安全閥的質(zhì)量還存在不足。本論文應用等離子噴焊技術(shù)強化安全閥密封面，在低碳鋼 A3 上噴焊合金粉末，形成熔敷層。并對熔敷層及噴焊層的組織成分力學性能進行分析。進一步證明，等離子噴焊在節(jié)省工序、降低成本、改善機械零件的表面性能、提高零件表面的耐磨性能具有重要的意義。第二章 實驗方法及實驗設備 實驗材料 基體材料此實驗選用普通低碳鋼 A3 鋼為基體材料，其成分如表 21。表 21 低碳鋼 A3 的化學成分（Wt% ）C Mn Si P S Fe~ ~ ≤ ≤ ≤ 余量 噴焊材料等離子噴焊材料除了滿足使用性能的要求外，還要滿足工藝性能的要求，主要包括:(1)材料應具有良好的熱穩(wěn)定性、粉末的固態(tài)流動性和與基體良好的浸潤性。(2)材料的熱膨脹系數(shù)和導熱率應與工件材料相近。(3)噴焊粉末的粒子尺寸和粘度要滿足設備的要求 [14]。基于本次實驗的目的，要測試出鎳基自熔性合金粉末自身的焊接性，選擇的基材是低成本，浸潤性良好的低碳鋼 A3；選擇的噴焊材料是熱穩(wěn)定性和流動性良好，粒子尺寸和粘度都適合的 Ni60A 合金粉末。此實驗選用鎳合金粉末 Ni60A